Нуклеофильное замещение $реакциитипа(SN)$ делится на два основных механизма: $SN1$ и $SN2$. Они различаются по механизму протекания, кинетическим характеристикам и условиям, при которых каждый из них предпочтителен.

Механизм SN1

Механизм:

Реакция протекает в два этапа. Сначала происходит образование карбокатиона $илидругойпромежуточнойспроможнойформы$ путем отщепления покинувшей группы, что являетсяRate-limiting step. Затем нуклеофил атакует карбокатион.

Кинетика:

Реакция зависит только от концентрации субстрата $первыйпорядок$. Скорость реакции описывается уравнением: $v=k[\text{sub}]$.

Положение равновесия:

Промежуточный карбокатион чаще всего является важным фактором. Стабильные карбокатионы $например,третичныеинекоторыевторичные$ способствуют протеканию реакции по механизму $SN1$.

Абстракция стереохимии:

Реакция может приводить кracemизации, так как карбокатион может реагировать с нуклеофилом с обеих сторон.

Условия:

Чаще происходит в полярных протонных растворителях, которые стабилизируют карбокатион.Механизм SN2

Механизм:

Реакция протекает в один шаг $концертированно$, где одновременно происходит атака нуклеофила и уход покинувшей группы.

Кинетика:

Реакция зависит от концентрации как субстрата, так и нуклеофила $второйпорядок$. Скорость реакции описывается уравнением: $v=k[\text{sub}][\text{nucl}]$.

Положение равновесия:

Предпочтительны менее стерически загруженные $например,метильныеипервичныепроизводные$ субстраты, так как steric hindrance затрудняет атаку нуклеофила.

Абстракция стереохимии:

Реакция приводит к инверсии конфигурации $эффект«обратнойатаки»$, что позволяет предсказать изменение стереохимии продукта.

Условия:

Происходит в менее полярных растворителях, таких как ацетон, которые способствуют более быстрому перемещению нуклеофила.Критерии выбора механизма

Структура субстрата:

Третичные алканы и стабильные карбокатионы склонны к механизму $SN1$.Метильные и первичные алканы ведут к механизму $SN2$.

Свойства нуклеофила:

Сильные нуклеофилы обычно ведут к $SN2$.Более слабые нуклеофилы могут инициировать $SN1$.

Растворитель:

Полярные протонные растворители способствуют $SN1$.Полярные aprotic растворители $например,ДМСО$ способствуют $SN2$.

Стерическая нагрузка:

Высокая стерическая нагрузка вокруг углеродного атома, присоединенного к покинующей группе, предпочтительно ведет к $SN1$.Низкая стерическая нагрузка благоприятствует $SN2$.

В целом, выбор механизма зависит от множества факторов, включая структуру субстрата, природу нуклеофила и растворителя, что требует внимательного анализа при планировании синтетических процедур.